n型欧姆接触的研究

接触电阻率比较
Ni金属的接触电阻率要比NiCr合金的接触电 Ni金属的接触电阻率要比NiCr合金的接触电 阻率小一个数量级。
Ti基金属 Ti基金属
Ti的功函数较小（4.3eV）其合金温度在800 ℃ Ti的功函数较小（4.3eV）其合金温度在800 左右，就能形成良好的欧姆接触。Hara等人报 左右，就能形成良好的欧姆接触。Hara等人报 道Ti/SiC接触无需PDA处理，只要利用合适的表 Ti/SiC接触无需PDA处理，只要利用合适的表 面处理方法，导致带隙表面态缺陷的生成，就 可能形成欧姆接触。 另外，由于金属材料容易与SiC在高温下反应生 另外，由于金属材料容易与SiC在高温下反应生 成硅化物和碳化物，Parsons等人直接研究碳化 成硅化物和碳化物，Parsons等人直接研究碳化 物和硅化物欧姆电极，实验包括欧姆电极的制 备，粘附性和稳定性等，这些研究证实TiC是 备，粘附性和稳定性等，这些研究证实TiC是n 型SiC欧姆电极最合适的材料之一。 SiC欧姆电极最合适的材料之一。
工艺过程
1、RCA清洗 RCA清洗 2、*氢等离子体处 理 3、光刻 4、淀积金属 5、剥离 6、退火
图1 欧姆接触制备工艺流程图
RCA清洗 RCA清洗
基本步骤最初只包括碱性氧化和酸性氧化两步， 但目前使用的RCA清洗大多包括四步： 但目前使用的RCA清洗大多包括四步： （1）先用含硫酸的酸性过氧化氢进行酸性氧化 清洗； （2）再用含胺的弱碱性过氧化氢进行碱性氧化 清洗， （3）接着用稀的氢氟酸溶液进行清洗， （4）最后用含盐酸的酸性过氧化氢进行酸性氧 化清洗。 在每次清洗中间都要用超纯水（DI水）进行漂 在每次清洗中间都要用超纯水（DI水）进行漂 洗，最后再用低沸点有机溶剂进行干燥。
图4 电子束蒸发原理图
溅射
磁控溅射的原理：电子在电场的 作用下加速飞向基片的过程中与 氩原子发生碰撞，电离出大量的 氩离子和电子，电子飞向基片。 氩离子在电场的作用下加速轰击 靶材，溅射出大量的靶材原子， 呈中性的靶原子沉积在基片上成 膜。
图5 磁控溅射原理图
剥离
Lift-off是指用丙酮在超声清洗器中去掉 Lift-off是指用丙酮在超声清洗器中去掉 多余的金属，广泛应用在金属膜的制备 中。 LiftLift-off 方法是利用淀积层不能完全覆盖 掩膜胶边墙而进行剥离完成，因此掩膜 边界要求保持陡峭，再利用湿化学法浸 泡并剥离淀积在掩膜胶上的淀积层。 为了顺利完成这一过程，一般要求Lift为了顺利完成这一过程，一般要求Liftoff 掩膜的光刻胶和淀积金属的厚度比 为3:1。 3:1。
TiC/SiC氢等离子体处理结果比较 TiC/SiC氢等离子体处理结果比较
右表中A 右表中A样品经 过氢等离子体处 理，B 理，B样品则没 有。 400℃ 400℃低温退火 条件下，A 条件下，A样品 的比接触电阻率 比B样品要低两 个数量级。
光刻
光刻过程：脱 水烘烤、增粘 处理、涂胶、 软烘、曝光、 显影、高温烘 烤。
*氢等离子体处理
金属/SiC接触的费米能级受界面态钉扎效应的 金属/SiC接触的费米能级受界面态钉扎效应的 影响很大，表面杂质污染是形成SiC表面态的一 影响很大，表面杂质污染是形成SiC表面态的一 个重要因素，为了降低和控制势垒高度，采用 合理的表面处理方法就显得非常重要。 电子回旋共振（ECR）氢等离子体能产生低能 电子回旋共振（ECR）氢等离子体能产生低能 （＜2eV）高电离度、高浓度和高活化等离子 （＜2eV）高电离度、高浓度和高活化等离子 体，该等离子体不对样品产生离子辐射损伤， 其强反应活性还能去除表面的C以及OH 其强反应活性还能去除表面的C以及OH-和F-等 杂质离子。 因此，氢等离子体对SiC表面进行钝化处理，能 因此，氢等离子体对SiC表面进行钝化处理，能 够在低温（400℃ 够在低温（400℃）条件下退火就得到较好的 欧姆接触。
退火
退火：将金属缓慢加热到一定温度，保持足够时 间，然后以适宜速度冷却的一种金属热处理工艺。 沉积金属之后退火（PDA）会引起金属与SiC的化 沉积金属之后退火（PDA）会引起金属与SiC的化 学反应（比如形成硅化物、碳化物以及三元相）， 从而降低势垒高度。 退火温度选取得稍高于金属— 退火温度选取得稍高于金属—半导体的共熔点。 退火时间长短与蒸发金属膜厚度相关，若过长会 使金属层与SiC反应过度，欧姆接触特性反而变 使金属层与SiC反应过度，欧姆接触特性反而变 坏。 退火降温的速度要快，否则会影响金属表面的平 整度。
图2 光刻过程
淀积金属
1、热蒸发 2、电子束蒸发 3、溅射
热蒸发（已淘汰） 热蒸发（已淘汰）
热蒸发优点：原理简 单、设备便宜、方法 简单、原则上可制备 各种金属薄膜。 热蒸发缺点：金属消 耗量大、可控性差、 膜致密性差、粘附性 欠佳。 在当今的微电子工业 中，已基本不使用热 蒸发方法进行金属的 制备。
图3 热蒸发原理图
电子束蒸发
工作原理：灯丝发射的热电子 经阴极与阳极间的高压电场加 速，并由磁场聚焦成束、偏转 到达坩埚，轰击蒸发源材料表 面，使其熔化或升华。电子枪 和坩埚是一体化结构，因电子 的偏转轨迹为倒“ 的偏转轨迹为倒“e”字型，故 称为“ 称为“e”形枪。热电子在磁场 的作用下偏转270度到底坩埚 的作用下偏转270度到底坩埚 表面。通过改变偏转磁场，束 斑可以在坩埚内平稳移动。
不同金属材料退火条件（1） 不同金属材料退火条件（
不同金属材料退火条件（2）
N型4H-SiC欧姆接触的研究 4H-SiC欧姆接触的研究
欧姆接触的影响因素
晶片表面载流子浓度 金属的选择 晶片表面的预处理 金属高掺杂 2、退火
半导体侧高掺杂能使势垒变薄，隧穿 几率增大。
沉积金属之后退火（PDA）会引起金属与 沉积金属之后退火（PDA）会引起金属与 SiC的化学反应（比如形成硅化物、碳化物以 SiC的化学反应（比如形成硅化物、碳化物以 及三元相），从而降低势垒高度。因此是最 好的方法。
金属的选择
1、Ni基金属体系 Ni基金属体系 2、Ti基金属体系 Ti基金属体系 3、Au基金属体系 Au基金属体系
Ni基金属 Ni基金属
n型欧姆接触通常采用金属Ni，淀积后高温快速退火 型欧姆接触通常采用金属Ni，淀积后高温快速退火 （900-1000℃，1～5min）形成碳化物及硅化物，目前 900-1000℃ 5min）形成碳化物及硅化物，目前 的比接触电阻达到低于5 的比接触电阻达到低于5×10-6 ·㎝2。由于其功函数较 大（5.15eV），需要很高的合金温度，也不适合作为表 大（5.15eV），需要很高的合金温度，也不适合作为表 面氢钝化处理后的接触电极。 缺点： 缺点： （1）Ni在高温下极易与SiC反应生成硅化物，留下未反应 Ni在高温下极易与SiC反应生成硅化物，留下未反应 的C原子会损害欧姆接触的质量； （2）在高温退火时需要采取特别措施避免氧化（氢气还 原或者氩气/ 原或者氩气/氮气保护）； （3）Au高温下容易越过Ni层扩散进入SiC内部。 Au高温下容易越过Ni层扩散进入SiC内部。
TiC
TiC功函数很小，只有3.35eV。经过氢等 TiC功函数很小，只有3.35eV。经过氢等 离子体处理后，在低温条件下退火就能得 到很好的欧姆接触。
Au基金属 Au基金属
Au具有很好的导电性和抗腐蚀能力，是理 Au具有很好的导电性和抗腐蚀能力，是理 想的欧姆接触材料，特别是Au的抗电迁移 想的欧姆接触材料，特别是Au的抗电迁移 能力高于Al，因而特别适合高温大电流应 能力高于Al，因而特别适合高温大电流应 用。 Au的致命缺点是它在半导体中的扩散系数 Au的致命缺点是它在半导体中的扩散系数 较大，这虽然有利于粘接和降低欧姆电阻， 但严重影响器件高温工作的稳定性，且极 易引起热退火。 采用高熔点金属与半导体形成碳化物和硅 化物，可作为接触层和金互扩散的中间隔 离层。如Au/Ni/SiC。 离层。如Au/Ni/SiC。
Ni基金属 Ni基金属
解决：Luckowski等人用NiCr合金替代 解决：Luckowski等人用NiCr合金替代 Ni。 Ni。 高熔点金属Cr有很强的氧化倾向，很容易 高熔点金属Cr有很强的氧化倾向，很容易 和半导体表面存在的氧结合而获得牢固的 粘接强度； Cr也极易与SiC表面多余的C形成碳化物而 Cr也极易与SiC表面多余的C 具有极好的物理和化学稳定性； Cr也是优良的扩散阻挡层材料，因而它是 Cr也是优良的扩散阻挡层材料，因而它是 理想的底层材料。